全 文 ：下辽河平原潮棕壤不同粒级碳和氮分布研究*
庞祥锋1, 2
宇万太2* *
苏
壮1
张
璐2
马
强2
( 1 沈阳农业大学,沈阳 110161; 2 中国科学院沈阳应用生态研究所,沈阳 110016)
摘要
采用具有不同开垦年限的 0~ 20 和 20~ 40 cm 耕层土壤, 对其不同粒级的有机碳和全 N 分布进
行了研究. 结果表明,在 0~ 20 和 20~ 40 cm 耕层, < 0
002 mm 粒级的有机碳含量最高, < 0
02 mm 粒级
含量次之, < 0
2 mm 粒级含量最少. 土壤全 N 的粒级分布规律与有机碳基本相同. 在同一粒级中, 有机碳
和全 N 的各粒级分布与开垦年限没有明显的相关性.各粒级的有机碳与全 N 相关性极显著,在< 0
2 mm
粒级的相关系数为 0
74, 在< 0
02 mm 和< 0
002 mm 分别达到了 0
94 和 0
91.
关键词
土壤粒级
有机碳
全 N
分布
文章编号
1001- 9332( 2005) 11- 2081- 05
中图分类号
S153
6
文献标识码
A
Distribution of C and N in different particle fractions of meadow brown soil in lower reach of Liaohe River
Plain. PANG Xiang feng1, 2, YU Wantai2, SU Zhuang1 , ZHANG Lu2 , MA Q iang 2( 1Shenyang Agr icultural Uni
versity, S henyang 110161, China; 2I nstitute of App lied Ecology , Chinese A cademy of Sciences, Shenyang
110016, China) . Chin . J . A pp l. Ecol . , 2005, 16( 11) : 2081~ 2085.
The study of meadow brown soil w ith different reclamation history in the lower reach of Liaohe River Plain
showed that in 0~ 20 and 20~ 40 cm soil layers, < 0
002 mm fraction had the highest content of organic car
bon, followed by < 0
02 and < 0
2 mm fr actions. T he distribution pattern of total nitro gen was similar to that of
organic carbon. There was no obv ious correlation betw een the distribution of organic carbon and total nitrogen in
different soil par ticle fractions and the history of reclamat ion, but the cor relat ion between organic carbon and total
nitrogen in differ ent soil par ticle fractions w as highly significant, with the cor relation coefficients 0
74, 0
94 and
0
91 in fr actions< 0
2, < 0
02 and< 0
002 mm, respectively .
Key words
Soil particle fr action, O rganic carbon, Total nitrogen, Distribution.
* 中国科学院知识创新工程重大项目 ( KZCX24134)、中国科学院
资源环境领域野外台站研究基金项目和中国科学院沈阳应用生态研
究所知识创新工程资助项目( SCXMS0301) .
* * 通讯联系人.
2005- 01- 26收稿, 2005- 05- 24接受.
1
引

言
土壤颗粒是高分散体系. 不同粒级组成的土壤
其保水能力、吸附力、粘着性等都有明显的差异, 对
土壤养分循环、转化及其有效性有重要的影响.王小
彬等[ 12]、张兴昌等[ 19]研究表明,土壤粒级组成与其
持水保肥性密切相关, 质地粘重的土壤保肥持水性
能较好.对土壤不同粒级的全 N、有机质分析发现,
土壤中全 N、有机质与土壤砂粒含量呈显著负相关,
与粉粒和粘粒含量呈极显著正相关[ 1, 7, 18, 20] . 王岩
等[ 13]结果也表明, 不同的土壤粒级组成对土壤 N、
P、K 的分配和有效性也不同. 可见,了解土壤养分
的粒级分布对于从深层揭示其自然肥力本质、合理
指导施肥以及培肥地力都具有重要的意义. 本文采
用肥力和开垦年限不同的潮棕壤对土壤不同粒级的
C、N分布进行了研究, 以探讨土壤 C、N 的供应机
制.
2
研究地区与研究方法
2
1
研究地区概况
试验地点在中国科学院沈阳生态试验站站区周围( 41!
32∀N, 122!23∀E) , 地处下辽河平原中部偏东, 属于暖温带湿
润半湿润大陆季风气候, 四季分明,雨热同季. 年平均气温 7
~ 8 # , ∃10 # 积温 3 300~ 3 400 # , 降雨量为 700 mm 左
右, 土壤类型为潮棕壤,质地偏于重壤, 土壤基本理化性质见
表 1.本地区地处城乡交界 ,农业生产比较发达.
2
2
研究方法
土样采于 2001 年 10 月, 土样按不同开垦年限分为荒
地, 5、10、20、30 和 50 年, 采样深度为 0~ 20 和 20~ 40 cm,
风干后过 2 mm 筛,备用 .然后称取 10
00 g 风干土样,经化
学及物理处理成悬浮液定容后, 根据 Stokes 定律和用土粒在
静水中沉降的规律, 大于 0
25 mm 的各级颗粒由一定孔径
的筛子筛分, 小于 0
25 mm 的各级颗粒则用吸管从中吸取
一定量的各级颗粒, 105 # 烘干 , 称重. 计算粒级质量百分
数. 并测定其有机碳和全 N.
2
3
分析方法
有机碳、全 N 采用元素分析仪测定;速效钾采用醋酸铵
浸提火焰光度计法测定, 全 K 采用氢氧化钠熔融火焰光度
计 法测定; 速效磷采用Olsen法测定 , 全P采用氢氧化钠熔
应 用 生 态 学 报
2005年 11 月
第 16 卷
第 11 期





























CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Nov . 2005, 16( 11)%2081~ 2085
表 1
供试土壤基本理化性质
Table 1 Physical and chemical properties for test soil
采集地点
S ampling
site
开垦年限
T illage
periods( yr)
耕层
Plough layer
( cm)
全 N
Total N
(g&kg- 1)
全 P
Total P
( g&kg- 1)
全 K
T otal K
( g&kg- 1)
有机碳
Organic C
( g&kg- 1)
速效钾
Available K
(mg&kg- 1)
速效钾
Available P
( mg&kg- 1)
pH


十里河 荒地 0~ 20 1
30 0
786 16
0 15
58 146
33 39
10 7
15
Shili river Wastelan d 20~ 40 0
93 0
534 15
2 11
59 136
44 15
64 6
90
十里河 5 0~ 20 1
02 0
801 15
6 10
38 84
64 41
76 6
20
Shili river 20~ 40 0
67 0
354 14
7 5
51 86
52 2
47 6
60
新庄 10 0~ 20 1
12 0
676 15
6 11
18 82
28 54
72 5
40
New village 20~ 40 0
57 0
679 14
3 4
77 72
87 1
34 6
50
飞机场 20 0~ 20 1
11 0
626 15
5 11
07 151
98 40
34 6
80
Airfield 20~ 40 0
62 0
295 14
6 5
19 185
88 8
66 6
00
灰菜泡村 30 0~ 20 0
67 0
303 15
6 6
74 167
05 5
82 7
10
Huicaipao village 20~ 40 0
34 0
279 14
9 2
10 167
99 2
86 7
20
十里河 50 0~ 20 1
44 1
048 16
1 14
63 157
63 124
44 6
40
Shili river 20~ 40 0
66 0
425 15
5 5
73 110
54 31
20 7
10
融钼锑抗比色法测定; pH 采用 pH 计测定,水土比为 2
5%1;
机械组成采用吸管法测定.
3
结果与讨论
3
1
土壤不同粒级颗粒分布
本文仅选取与作物根系活动密切的 0~ 20和20
~ 40 cm 耕层土壤为研究对象. 从表 2可以看出, 在
0~ 20 cm 耕层的不同开垦年限土壤中, > 2 mm 粒
级的比例极低, 仅为 0~ 0
25% , 平均为 0
08%, 基
本可以忽略不计; 2
0~ 0
2 mm 粒级的比例也在
5%以下,平均仅为 2
36% .以上两部分之和平均不
超过 2
5%, C、N 含量甚少,因此后面讨论分布时将
其忽略; 0
2~ 0
02 mm 粒级比例明显上升,平均为
32
32%, 但不同开垦年限之 间差异较大, 在
19
42%~ 43
89%之间变化; 0
02~ 0
002 mm 粒级
的颗粒含量最高,平均达到 38
38%, 不同开垦年限
在 33
52% ~ 42
78% 之间变化, 其差异比 0
2 ~
0
02 mm 粒级要小一些; < 0
002 mm 粒级的颗粒
比例平均为 26
91%,其含量仅次于 0
2~ 0
02 mm
粒级. 从粒级构成来看, 供试土壤质地并不粘重, 但
不同开垦年限之间土壤质地有所差异. 其中, 开垦
表 2
沈阳生态试验站不同开垦年限土壤机械组成
Table 2 Soil mechanical composi tion of different tillage periods in
Shenyang Ecological Experimental Station
开垦年限
Tillage
periods( yr)
耕
层
Plough layer
( cm)
颗粒含量 Particle content( % )
> 2
mm
2
0~ 0
2
mm
0
2~ 0
02
mm
0
02~ 0
002
mm
< 0
002
mm
荒地 0~ 20 0
25 3
07 29
49 39
63 27
65
asteland 20~ 40 0
12 1
68 30
67 35
67 31
93
5 0~ 20 0
05 2
11 32
86 42
78 22
26
20~ 40 0
03 2
39 34
59 39
04 23
98
1 0 0~ 20 0
04 1
45 40
25 37
07 21
23
20~ 40 0
00 0
91 51
51 28
23 19
35
2 0 0~ 20 0
00 1
55 28
03 36
74 33
68
20~ 40 0
08 0
60 25
17 40
12 34
11
3 0 0~ 20 0
00 0
93 19
42 40
55 39
10
20~ 40 0
00 0
58 19
96 44
18 35
28
5 0 0~ 20 0
12 5
07 43
89 33
52 17
52
20~ 40 0
17 1
52 42
44 34
57 21
37
20 和 30 年耕地各粒级含量依次为 0
02 ~ 0
002
mm、< 0
0002 mm、0
2~ 0
02 mm, 质地较重;荒地
和开垦 5 和 10年的土样粒级含量为 0
02~ 0
002
mm最高, 0
2~ 0
02 mm 次之, < 0
002 mm 最少,
土壤质地比开垦 20和 30年的土壤要轻; 而开垦 50
年的土壤的次序为 0
2~ 0
02 mm 颗粒含量大于
0
02~ 0
002 mm 粒级, 而< 0
002 mm 粒级颗粒含
量最少,土壤质地最轻.这对土壤养分的分布有重要
的影响.表 2还表明,尽管土壤粒级间的分布差异比
较明显,但随着开垦年限的增长,同一粒级的各土样
间并无规律性变化, 而是起伏不定,可能与土壤本身
物理性质等因素有关.在 20~ 40 cm 耕层各土样中,
土壤粒级分布以及比例构成与 0~ 20 cm 耕层基本
一致,而且与开垦年限也无明显相关性.
3
2
不同粒级有机碳分布
图 1表明, 在 0~ 20 cm 耕层的不同开垦年限土
壤中,随着粒级的变细,有机碳含量逐渐增加.其中,
< 0
002 mm 粒级的有机碳含量最高,平均为 38
17
g&kg- 1; < 0
02 mm 粒级次之, 平均为 20
35 g&
kg- 1; < 0
2 mm 粒级的有机碳含量最低, 平均
17
11 g&kg- 1. 但开垦 5 和 10 年的土壤< 0
2 mm
粒级有机碳含量(分别为 21
57和 31
7 g&kg- 1)比
< 0
02 mm 粒级稍高 (分别为 19
03 和 21
4 g&
kg- 1) , 可能是该粒级土壤颗粒吸附了含 C量较高的
有机质所致,也可能系农田管理措施差异或采样误
差所致; 20~ 40 cm 耕层各土壤有机碳含量分布与
表层大致相同,但开垦年限 30 和 50年的土壤的<
0
2 mm 粒级的有机碳含量比< 0
02 mm 粒级稍
高,原因可能与上述情况类似. 总体而言, 土壤有机
碳在整个耕层分布规律是粒径越小,有机碳含量越
高,有的甚至呈直线增长.其主要原因是土壤粘粒愈
细,比表面积愈大,越多的正电荷暴露在外, 使得土
壤吸附力、粘结性及粘着性增大,从而强烈吸附大量
2082 应
用
生
态
学
报

















16卷
图 1
0~ 20( a)和 20~ 40 cm( b)土壤各粒级有机碳分布
Fig. 1 Dist ribut ion of organic C in different fract ions in depth of 0~ 20
( a) and 20~ 40 cm( b) .
带有负电荷的有机质, 使含 C 量上升, 而且结合紧
密,加之土壤通透性变差, 土壤微生物很难分解利
用.此外, 由于采样地块不同农户耕作管理、管理措
施的差异造成的土壤有机碳含量与开垦年限之间并
无规律可言(表 1) ,同样不同开垦年限地块各粒级
有机碳含量分布也无明显规律可循(图 1) .因此,如
果研究这方面的规律还需要开垦时间更长、条件更
为一致的土壤来加以验证.
就各粒级的 C/ N 比来看,在 0~ 20 cm 耕层, <
0
002 mm 粒级和< 0
02 mm 粒级的 C/ N 比平均值
分别为 13
28和 12
57, 各土壤间差异并不显著(表
3) .这与土壤胡敏素 C/ N 比( 13
0)相接近[ 6] , 说明
该粒级有机质经过逐步分解,趋向形成比较稳定的
腐殖质化合物 ∋ ∋ ∋ 胡敏素,由于该粒级粒径较小,吸
附力强,结合比较紧密, 与空气接触少, 微生物难以
分解利用, 因而有机质性质比较稳定. < 0
2 mm 粒
级的 C/ N比介于 7~ 31,平均值为 21
52, 各土样间
差异较大,这说明该粒级包含的有机质成分比较复
杂,既有难分解的含氮化合物, 诸如植物残体( C/ N
= 34
0)、富里酸 ( C/ N = 29
9)、胡敏酸 ( C/ N =
20
0) [ 6] , 也有小分子含氮化合物诸如根系分泌物、
氨基酸、酰氨等等.由于该粒级颗粒较大, 吸附力弱,
而且暴露在空气的机会大,易被微生物分解利用,所
以有机质组成不稳定. 这也解释了该粒级中上述土
样含 C量异常的主要原因. 20~ 40 cm 耕层的 C/ N
比分布与表层基本一致.


土壤各粒级有机碳占总有机碳的比重除了与其
自身含量有关外, 还与各粒级质量百分比有直接的
表 3
沈阳站不同开垦年限土壤粒级 C/ N
Table 3 Ratio of C/ N of different ti llage periods soil in di fferent frac
tions
开垦年限
Tillag e
periods( yr)
耕层
Plough
layer
( cm)
C/N
> 0
2
mm
0
02
mm
< 0
002
mm
荒地 0~ 20 24
42 13
96 16
94
Wast eland 20~ 40 20
61 15
16 18
46
5 0~ 20 28
91 11
93 12
01
20~ 40 13
89 12
82 14
53
10 0~ 20 31
24 11
73 12
06
20~ 40 16
90 13
58 14
27
20 0~ 20 10
49 12
06 12
48
20~ 40 8
63 14
88 13
39
30 0~ 20 7
54 13
68 13
86
20~ 40 5
10 5
07 15
01
50 0~ 20 26
53 12
09 12
34
20~ 40 25
26 12
99 13
60
关系.尽管有机碳含量随粒径变细而提高,但由于颗
粒质量百分比的差异使得各粒级有机碳所占比重表
现不一,无论 0~ 20 cm 还是 20~ 40 cm 耕层, 开垦
年限为荒地、5、20 和 30年的土壤各粒级有机碳含
量占土壤总有机碳的比重大小依次为< 0
002 mm、
< 0
02 mm、< 0
2 mm , 与土壤各粒级有机碳含量
分布次序基本相同. 虽然上述处理< 0
002 mm 粒级
的颗粒含量小于< 0
02 mm 和< 0
2 mm 粒级, 但
其有机碳含量最高, 因此使该粒级有机碳占总有机
碳的比重也得以提高. 而开垦年限为 10 年及 50年
的土壤的大小次序为< 0
2 mm、< 0
002 mm、<
0
02 mm. 虽然< 0
2 mm 粒级有机碳含量低于<
0
002 mm 粒级,但颗粒百分比远远高于另外两个粒
级,显然是由于< 0
2 mm粒级粘粒比例提高了其比
重.
3
3
不同粒级的全 N 分布
从图 2可以看出, 在 0~ 20 cm 耕层中, 随着粒
级的变细, 全 N 含量逐渐上升. 其中, < 0
002 mm
粒级全 N 含量最高,平均达到 2
92 g&kg- 1; < 0
02
mm粒级次之, 达到 1
63 g&kg - 1; < 0
2 mm 粒级最
少,平均为 0
74 g&kg- 1.其分布规律与有机碳一样,
但趋势更加明显.除了开垦年限为 10年的土样增幅
较小外,其余各土样的含 N 量随着粒级的变细都大
幅上升,个别粒径增长幅度达到了 3倍.这说明土壤
N素更容易在细颗粒中富集, 这与陈利军、徐阳春的
结果基本类似[ 4, 16] .尽管各土样不同粒级间含 N 量
差异比较显著, 但同一粒级全 N 含量与开垦年限之
间并无规律可言.同样在 20~ 40 cm 耕层中, 除了各
粒级含 N 量的绝对值低外,其分布规律与表层基本
相同, 且同一粒级的含 N 量与开垦年限也无明显的
关系(图 2) .可见在 0~ 20和 20~ 40 cm 土壤各粒级
208311 期











庞祥锋等: 下辽河平原潮棕壤不同粒级碳和氮分布研究











除了全 N 含量有所差异外, 分布规律是一致的, 其
含量与粒级的大小呈负相关,和有机碳的耕层分布
规律大致相同, 这与苏水中、尹幸福所研究结论类
似[ 11, 17] .全 N 粒级差异规律形成的主要原因是土壤
全N 与有机质密切相关,也与土壤中的固定态铵有
一定的关系[ 9] ,特别是< 0
2 mm 粒级中, 具体在下
一节中讨论.
图 2
0~ 20( a)和 20~ 40 cm( b)土壤各粒级全 N分布
Fig. 2 Dist ribution of total N in different fract ions in depth of 0~ 20( a)
and 20~ 40 cm( b) .


各粒级全 N 占土壤全 N 的比重同样受各粒级
含N 量和颗粒质量百分比的影响. 在 0~ 20 cm 耕
层,各个粒级全 N 占土壤总量的比重大小依次为<
0
002 mm、< 0
02 mm、< 0
2 mm, 与各粒级含 N
量分布以及有机碳的规律是一致的. 开垦年限为 5
年土样的 3个粒级比重依次为< 0
02 mm、< 0
002
mm 和< 0
2 mm, 显然由于< 0
02 mm 粒级质量百
分比较高所致. 在 20~ 40 cm 耕层中, 除了开垦年限
为 10年的土样< 0
2 mm 粒级的全 N 所占比重高
于另外两个粒级,其他各土样均与表层一致.
3
4
土壤各粒级有机碳与全 N 的相关性
土壤全 N 包括有机氮、矿质氮和土壤固定态
铵,其中有机氮占 90%以上[ 2, 10, 14] , 因此有机碳与
全N 具有密切关系, 相关系数为 0
973 ( r 0
01 =
0
496, n = 24) ,达到 1%显著水平. 与前人的结果类
似[ 5, 8, 15] .前人多集中与土壤有机碳与全 N 的相关
性研究,但在各粒级中的相关性的讨论却很少.将不
同粒级的有机碳和全 N 相关分析发现, 二者相关性
在各粒级中表现不一. < 0
2mm 粒级的全 N 与有机
质相关系数为 0
74,达到 1%显著水平(图3a) , 但相
关系数并不高, 这可能由于土壤粒级较粗,有机质含
量低, C/ N 比变异大, 组成成份比较复杂, 既有 C/ N
比高的植物残体等物质, 也有易分解的 C/ N 比小的
含N 物质.而且粉粒中固定态铵处理过程中淋失量
少[ 9] ,占有相当的比例, 从而使得有机氮贡献率降
低,这也是造成不同开垦年限土壤在< 0
2mm 粒级
全 N 含量接近的原因. 0
02~ 0
002 mm 粒级的相
关系数为 0
94,达到 1%显著水平(图 3b) . < 0
002
mm 的相关系数也达到了 0
91, 达到 1%显著水平,
较< 0
2mm 粒级有较大增长(图 3c) ,其主要原因可
能该粒级土壤粒径较细, 粘着性强,吸附了大量有机
质,固定态铵作用被减弱而有机质的贡献率增强,使
得相关系数增大. 如果将土样处理过程中损失的 N
素考虑在内,相关系数能进一步的提高.
图 3
不同粒级全 N 和有机碳的相关性
Fig. 3 Relat ionship betw een organic carbon and total nitrogen in dif ferent
particle f ract ions.
4
结

论
4
1
无论 0~ 20 cm 或 20~ 40 cm 耕层, 土壤各粒
级的有机碳随着粒径的变细,其含量逐渐上升, C/ N
比趋向于更加稳定, 有机质组成也趋向稳定, 在较细
的粒级所分布的养分几乎占了土壤的全部, 对于土
壤保肥性能有很大贡献. 土壤全 N 分布规律与有机
碳基本相同, 由大到小顺序为< 0
002 mm、< 0
02
mm、< 0
2 mm.
4
2
随着开垦年限的增长, 土壤各粒级有机碳、全
N的含量粒级分布并未呈现规律性的增长.
4
3
有机碳与全 N 的相关系数在< 0
2 mm 粒级
2084 应
用
生
态
学
报

















16卷
中比较小,为 0
76,在< 0
02 mm 和< 0
002 mm 粒
级中相关系数达到 0
9 以上, 相关性为极显著. 可
见,土壤颗粒越细,有机质与全 N 的关系越密切.
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作者简介
庞祥锋, 男, 1978 年生, 硕士研究生. 主要从事农
业生态系统养分循环及植物营养研究. Email: pangx f78 @
163. com
208511 期











庞祥锋等: 下辽河平原潮棕壤不同粒级碳和氮分布研究